CN107283417B - 机器人 - Google Patents

Abstract

提供一种具有能够以菊花链的方式连接的机器人臂的机器人。机器人(1)具备：电动机驱动电源(21)，其将从电源(2)供给的电压变换为电动机驱动部用电压后输出；电动机驱动部(11)，其将从电动机驱动电源(21)输出的电动机驱动部用电压变换为电动机驱动电压后输出；电动机(13)，其利用由电动机驱动部(11)输出的电动机驱动电压来进行旋转驱动；机器人臂(50)，其配置有电动机驱动部(11)和电动机(13)；以及机器人控制装置(70)，其与机器人臂(50)独立设置且被配置电动机驱动电源(21)。

Description

机器人

技术领域

本发明涉及一种具有能够以菊花链的方式连接的机器人臂的机器人。

背景技术

一般来说，在机器人中，使用交流电压来作为在机器人臂中设置的电动机的驱动电压。因此，作为驱动电动机的系统，具有电动机驱动电源和电动机驱动部。电动机驱动电源是对从交流电源侧供给的三相交流电压进行整流并向DC环节(直流环节)输出直流电压的正向变换器(转换器)，电动机驱动部是如下的逆向变换器(逆变器)：与作为电动机驱动电源的直流侧的DC环节连接，通过内部的开关元件的开关动作来将DC环节侧的直流电压变换为交流电压后向交流电动机供给。下面，在本说明书中，“电动机驱动电源”意味着正向变换器，“电动机驱动部”意味着逆向变换器。在机器人臂中设置的电动机利用由电动机驱动部输出的交流电压来进行旋转驱动。

图7是示出一般的机器人控制装置的图，图8是示出一般的多关节机器人的图。一般来说，在机器人控制装置200内设置电动机驱动部(逆向变换器)111、电动机驱动电源(正向变换器)121以及控制部122。将在机器人控制装置200内设置的电动机驱动部111的个数设置为与电动机113的个数相同以向在机器人300的各机器人臂150中设置的电动机113供给电动机驱动电压。另一方面，关于电动机驱动电源121，出于降低成本、占有空间的目的而设置一个。根据如图7和图8所示那样对各机器人臂150只设置电动机113而在机器人控制装置200内设置电动机驱动部111、电动机驱动电源121以及控制部122的结构，能够实现机器人臂150的轻量化，因此在机器人中广泛采用这种结构。

然而，在这种结构中，随着机器人臂150的个数增加而电动机113的个数增加，因此为了向电动机113供给交流电压而将电动机驱动部111和电动机113连结的电力线线缆的配线数量增加。其结果，电力线线缆的总配线长度变长，配线的扭曲、干扰也成为限制机器人的动作的要素。另外，当电力线线缆的配线数量多时，配线作业需要劳力，因此为了降低该劳力，也有时减少交流电动机的个数(进而减少电力线线缆的条数)来限制机器人的动作、或者采取不限制机器人的动作的配线路径、对策。

例如，如专利第3534641号公报所记载，经由主总线而能够连接多个将电动机和放大器收在相同壳体内的放大器一体型电动机，由此减少线缆的配线。

如上所述，在以往的机器人中，在机器人控制装置内设置电动机驱动部(逆向变换器)、电动机驱动电源(正向变换器)以及控制部，通过对机器人臂只设置电动机来实现成本、占有空间的降低、机器人臂的轻量化。然而，在这种结构中，随着机器人臂的个数增加而电动机的个数增加，因此将电动机驱动部与电动机连结的电力线线缆的配线数量增加。其结果，电力线线缆的总配线长度变长，配线的扭曲、干扰也成为限制机器人的动作的要素。

特别是，在通过连接多个各自搭载有交流电动机的机器人臂而构成的多关节机器人中，电力线线缆的配线数量庞大，对配线图案的制约也大。当电力线线缆和信号线线缆的配线数量多时，机器人的重组作业变得不容易。

另外，在专利第3534641号公报中记载了以下内容：放大器(电动机驱动部)和电动机一体化而成的放大器一体型电动机同电池(电动机驱动电源)通过直流电力供给线(电力线线缆)连接。因而，在将专利第3534641号公报所记载的发明应用于多关节机器人的情况下，将放大器一体型电动机设置在机器人臂内，因此必须设置将电池(电动机驱动电源)和放大器一体型电动机连接的直流电力供给线。随着机器人臂的个数增加而放大器一体型电动机的个数也增加，因此导致将电池(电动机驱动电源)和放大器一体型电动机连接的直流电力供给线的配线数量增加。也就是说，根据专利第3534641号公报所记载的发明，结局也是配线数量增加，产生作为系统冗长且成本也增大这样的问题。

发明内容

因而，希望的是，提供一种电力线线缆的配线数量少且能够易于进行机器人臂的重组作业的低成本的机器人。

根据本公开的一个方式，机器人具备：电动机驱动电源，其将从电源供给的电压变换为电动机驱动部用电压后输出；电动机驱动部，其将从电动机驱动电源输出的电动机驱动部用电压变换为电动机驱动电压后输出；电动机，其利用由电动机驱动部输出的电动机驱动电压来进行旋转驱动；机器人臂，其配置有电动机驱动部和电动机；以及机器人控制装置，其与机器人臂独立设置且被配置电动机驱动电源。

在此，也可以，机器人臂具有连接部，该连接部用于将对该机器人臂配置的电动机驱动部中的电动机驱动部用电压的输入侧以菊花链的方式连接于对与该机器人臂不同的机器人臂配置的电动机驱动部中的电动机驱动部用电压的输入侧，在该情况下，经由连接部而向对各机器人臂配置的电动机驱动部输入从电动机驱动电源输出的电动机驱动部用电压。

另外，也可以，还具备外壳，将电动机驱动部和通过电动机驱动部进行旋转驱动的电动机收容于该外壳的内部。

另外，也可以，对配置有电动机驱动部的机器人臂配置电动机驱动部用控制部，该电动机驱动部用控制部用于对该电动机驱动部的变换动作进行控制。

另外，也可以，连接部具有：两个连接器，该两个连接器的各个连接器具有电力端子，该电力端子用于取得与供给电动机驱动部用电压的电力线线缆的电连接；以及进行了星形结线的本地电力线线缆，该进行了星形结线的本地电力线线缆的各一端与两个连接器以及电动机驱动部中的电动机驱动部用电压的输入侧中某一个电连接。

附图说明

通过参照以下的附图，会更明确地理解本发明。

图1是示出一个实施方式所涉及的机器人的图(其一)。

图2是示出一个实施方式所涉及的机器人的图(其二)。

图3是示出一个实施方式所涉及的其它机器人臂的图。

图4是示出一个实施方式所涉及的另一个其它机器人臂的图。

图5是示出具备图3和图4所示的机器人臂的多关节机器人的图。

图6是示出一个实施方式中的电动机驱动电源的其它实施例的图。

图7是示出一般的机器人控制装置的图。

图8是示出一般的多关节机器人的图。

具体实施方式

接着，参照附图来说明本公开的实施方式。在以下的附图中，对相同的构件标注相同的附图标记。为了易于理解，这些附图适当变更了比例尺。并且，附图所示的方式是用于实施的一例，本发明不限定于图示的方式。

图1和图2是示出一个实施方式所涉及的机器人的图。

一个实施方式所涉及的机器人1包含电动机驱动电源21、电动机驱动部用控制部12、交流电动机(以下简称为“电动机”)13、机器人臂50以及机器人控制装置70。

电动机驱动部11将从后述的电动机驱动电源21输出的作为直流电压的电动机驱动部用电压变换为作为三相交流电压的电动机驱动电压后输出。更详细地说，电动机驱动部11由包括半导体开关元件的全桥电路的逆向变换器(逆变器)构成，通过与从电动机驱动部用控制部12接收到的开关指令相应地对开关元件进行接通断开驱动，来将输入的电动机驱动部用电压(直流电压)变换为电动机驱动电压(三相交流电压)，向电动机13供给驱动电力。此外，关于电动机驱动部11的种类、结构，不特别地对本方式进行限定，但是如果举出一例，有包括开关元件和与该开关元件逆并联连接的二极管的桥电路的PWM逆变器。作为开关元件的例子，有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、晶闸管、GTO(GateTurn-OFFthyristor：栅极可关断晶闸管)、晶体管等，但是关于半导体开关元件的种类本身，不对本方式进行限定，也可以是其它半导体开关元件。

电动机驱动部用控制部12对电动机驱动部11的变换动作进行控制。更详细地说，电动机驱动部用控制部12生成用于对电动机驱动部11的电力变换动作进行控制的开关指令，以使电动机13进行期望的旋转动作。例如，在电动机驱动部11是PWM逆变器的情况下，电动机驱动部用控制部12将从上级控制部(未图示)接收到的电动机驱动指令与具有规定载波频率的三角波载波信号进行比较，生成用于对作为电动机驱动部11的PWM逆变器内的开关元件的开关动作进行控制的PWM控制信号，向电动机驱动部11内的各开关元件输出该PWM控制信号。

电动机13基于交流的驱动电流进行旋转驱动，该交流的驱动电流是通过对电动机输入端子(未图示)施加由电动机驱动部11输出的作为三相交流电压的电动机驱动电压而流动的电流。

通过将电动机驱动部11、电动机驱动部用控制部12以及电动机13收容在同一机器人臂50的外壳15内，能够构筑电动机驱动部一体型电动机。此时，优选的是，电动机驱动部11和电动机13接近地配置，通过这样能够使电动机驱动部11与电动机13之间的交流电源线缆变短，能够削减成本并使电动机驱动部一体型电动机小型化。在多关节机器人中，连结多个机器人臂50，但是各机器人臂50内的电动机驱动部11和电动机驱动部用控制部12通过后述的连接部14以菊花链的方式连接。

电动机驱动电源21将从交流电源2侧输入的作为三相交流电压的电源电压变换为作为直流电压的电动机驱动部用电压后输出。向电动机驱动部11输入(施加)从电动机驱动电源21输出的电动机驱动部用电压。此外，关于电动机驱动电源21的种类、结构，不特别地对本方式进行限定，但是如果举出一例，有包括开关元件和与该开关元件逆并联连接的二极管的桥电路的PWM转换器。作为开关元件的例子，有IGBT、晶闸管、GTO(GateTurn-OFFthyristor：栅极可关断晶闸管)、晶体管等，但是关于开关元件的种类本身，不对本方式进行限定，也可以是其它半导体开关元件。

电动机驱动电源21的变换动作通过机器人控制装置70内的电动机驱动电源用控制部22而被控制。更详细地说，电动机驱动电源用控制部22生成用于对电动机驱动部11的电力变换动作进行控制的开关指令，以使电动机13进行期望的旋转动作。例如，在电动机驱动电源21是PWM转换器的情况下，电动机驱动电源用控制部22将从上级控制部(未图示)接收到的电动机驱动指令与具有规定载波频率的三角波载波信号进行比较，生成用于对作为电动机驱动电源21的PWM转换器内的开关元件的开关动作进行控制的PWM控制信号，向电动机驱动电源21内的各开关元件输出该PWM控制信号。

机器人控制装置70是对机器人1的动作进行综合控制的装置，与机器人臂50独立设置。在机器人控制装置70内配置电动机驱动电源21和电动机驱动电源用控制部22。

这样，在本实施方式中，电动机驱动部11、电动机驱动部用控制部12以及电动机13配置于机器人臂50，电动机驱动电源21和电动机驱动电源用控制部22配置于机器人控制装置70。

在机器人1中，多个机器人臂50能够通过连接部14相互连接。

各机器人臂50具有连接部14，该连接部14用于将对该机器人臂50配置的电动机驱动部11中的电动机驱动部用电压(直流电压)的输入侧以菊花链的方式连接于对与该机器人臂50不同的机器人臂配置的电动机驱动部11中的电动机驱动部用电压(直流电压)的输入侧。从电动机驱动电源21输出的电动机驱动部用电压经由连接部14而向在各机器人臂50中配置的电动机驱动部11输入。如下是关于连接部14的更详细的说明。

连接部14具有两个连接器14-1和14-2以及本地电力线线缆101。

连接器14-1和14-2分别具有用于取得与外部的电力线线缆41的连接的电力端子114A和114B。这样设置两个电力端子的原因在于，直流电压的电力线线缆41是由两条线(即正电位用的配线和接地用的配线)构成的。

本地电力线线缆101包括进行了星形结线的线缆，该进行了星形结线的线缆的各一端与连接器14-1和14-2以及电动机驱动部11中的电动机驱动部用电压的输入侧中的某一个电连接。即，本地电力线线缆101将三条线缆以星形的方式连结。关于这样星形结线而成的线缆，如图1所示与电力线线缆41对应地设置正电位用的线缆和接地用的线缆两组线缆。进行了星形结线的三条线缆中的一个与电动机驱动部11的直流输入侧连接，剩余的两个与各连接器14-1和14-2的电力端子114A和114B分别连接。通过将本地电力线线缆101像这样配置在电动机驱动部11与电力端子114A和114B之间，在将多个机器人臂50以菊花链的方式连接时，多个电动机驱动部11成为并联连接的状态。

另外，连接部14除了具备上述的电力供给系统的端子和线缆之外，还可以具备用于信号供给系统的信号端子114C和本地信号线线缆102。

即，连接部14内的连接器14-1和14-2还可以具有用于取得与外部的信号线线缆42的连接的信号端子114C。在图1所示的例子中，连接器14-1和14-2分别设置一个信号端子114C以进行串行通信。此外，在进行并行通信的情况下，连接器14-1和14-2具有个数与进行并行通信的控制信号的种类的个数对应的引脚。此外，在图1中，为了使附图简明，通过“在一条线上搭有倾斜的椭圆”的记载来示出信号线线缆42包括多条配线。

在机器人臂50内设置两组本地信号线线缆102。两组本地信号线线缆102中的每组的一端与电动机驱动部用控制部12连接，另一端与各连接器14-1和14-2的信号端子114C连接。各本地信号线线缆102在进行串行通信的情况下由一条配线构成，在进行并行通信的情况下由与信号线线缆42的配线的条数相应的条数的配线构成。此外，在图1和图1以后的附图中，为了使附图简明，与信号线线缆42的情况同样地，通过“在一条线上搭有倾斜的椭圆”的记载来示出各本地信号线线缆102包括多条配线。

这样，本实施方式中的连接部14用于经由电力线线缆41而将对机器人臂50配置的电动机驱动部11中的电动机驱动部用电压的输入侧以菊花链的方式连接(菊花链连接)于对与该机器人臂50不同的机器人臂50配置的电动机驱动部11中的电动机驱动部用电压的输入侧，并且用于经由信号线线缆42而将对机器人臂50配置的电动机驱动部用控制部12以串行通信的方式连接于对与该机器人臂50不同的机器人臂50配置的电动机驱动部用控制部12。通过具有连接部14，能够以菊花链的方式连接多个机器人臂50。即，在相邻且以菊花链的方式连接的机器人臂50之间，通过对各机器人臂50设置的连接部14将电力线线缆41和信号线线缆42统一地电连接起来，其中，电力线线缆41用于供给作为直流电压的电动机驱动部用电压，信号线线缆42用于将对这些相邻且以菊花链的方式连接的机器人臂50分别设置的电动机驱动部用控制部12连接起来。通过多个机器人臂50经由连接部14而以菊花链的方式连接，在各机器人臂50内设置的电动机驱动部11成为相互并联连接的状态且在各机器人臂50内设置的电动机驱动部用控制部12成为串行连接的状态。

通过将电动机驱动电源21和与该电动机驱动电源21对应的电动机驱动电源用控制部22连接于经由连接部14以菊花链的方式连接的多个机器人臂50中的位于两端部的位置的机器人臂50中的任一个，能够构筑用于驱动多个机器人臂50内的电动机13的系统。关于电力供给系统，经由连接部14而相互并联连接的多个电动机驱动部11成为与电动机驱动电源21连接的关系。即，由电力线线缆41与连接部14内的连接器14-1和14-2以及本地电力线线缆101构筑DC环节，对相互并联连接的多个电动机驱动部11施加从电动机驱动电源21输出的同一直流电压(DC环节电压)。另外，关于信号供给系统，成为经由连接部14而将电动机驱动电源用控制部22与各电动机驱动部用控制部12以串行的方式连接起来的关系，能够在电动机驱动电源用控制部22与多个电动机驱动部用控制部12之间进行通信。在增设机器人臂50时，只要与末端的机器人臂50进行菊花链连接即可，而且还易于将已经构筑好的多个机器人臂50中的一个或几个更换或取下，因此易于进行设备的扩展、变更。

接着，说明机器人臂50的机构部。

一个实施方式所涉及的机器人1是多关节机器人，该多关节机器人具有多个利用电动机13的旋转驱动力来作为用于动作的动力源的机器人臂50，在机器人臂50的内部配设用于将相邻连接的两个机器人臂50之间连结的本地电力线线缆101和本地信号线线缆102。各机器人臂50具备电动机驱动电源21、电动机驱动电源用控制部22以及电动机13。电动机13的旋转驱动力被利用为相邻连接的机器人臂50的相对运动的动力源。此外，在图2中，为了使附图简明，关于连接部14及其内部的构成要素，省略图示，通过“在一条线上搭有倾斜的椭圆”的记载来示出多个电力线线缆41和信号线线缆42。在多关节机器人中，为了以菊花链连接配置机器人臂50，而利用上述的连接部14将机器人臂50以菊花链的方式连接，由此能够使配线变少且使总配线长度变短。其结果，线缆的扭曲、干扰变少，配线也变得容易。

图3是示出其它实施方式所涉及的机器人臂的图。在本实施方式中，在机器人臂50中，电动机驱动部11、电动机驱动部用控制部12以及电动机13的旋转轴31固定设置于外壳15。即，在本实施方式中，电动机13的电动机外壳32不在外壳15内。但是，为了使电动机驱动部11与电动机13之间的配线长度变短，优选的是使电动机驱动部11与电动机13尽可能接近地配置。通过将电动机13的旋转轴31固定设置于外壳15并且将该电动机13的电动机外壳32固定设置于相邻设置的不同的机器人臂50的外壳，能够利用电动机13的旋转驱动来作为用于这些相互相邻地连接的机器人臂50之间的相对运动的动力源，由此能够构筑机器人臂50自身动作的多关节机器人。

图4是示出另一个其它实施方式所涉及的机器人臂的图。在本实施方式中，在机器人臂50中，电动机驱动部用控制部12和电动机13的电动机外壳32固定设置于外壳15。即，在本实施方式中，电动机13的电动机外壳32固定设置于外壳15，电动机13的旋转轴31从机器人臂50露出。但是，为了使电动机驱动部11与电动机13之间的配线长度变短，优选的是使电动机驱动部11与电动机13尽可能接近地配置。根据本实施方式，例如关于多关节机器人的多个机器人臂50中的末端的机器人臂50，能够实现将工具与电动机外壳32被固定设置于外壳15的电动机13的旋转轴31结合这样的利用。

图5是示出具备图3所示的机器人臂的多关节机器人的图。多关节机器人1具备图3所示的机器人臂50、电动机驱动电源21、电动机驱动电源用控制部22、以及用于将机器人臂50连接于与该机器人臂不同的机器人臂的连接机构23。

相邻的机器人臂50之间的电连接是通过将各机器人臂50内的连接部14连接于电力线线缆41和信号线线缆42而进行的，机械连接是通过连接机构23进行的。机器人臂50的增设只要与末端的机器人臂50以菊花链的方式连接(菊花链连接)即可，而且还易于将已经构筑好的多个机器人臂50中的一个或几个更换或取下，因此易于进行设备的扩展、变更。例如，易于进行改变机器人臂50的长度、更换为具备大输出的电动机的机器人臂50等的应对。

此外，在上述的实施方式中，将从交流电源2侧输出的三相交流电压作为电源电压，但是作为代替，也可以将从电池等直流电源输出的直流电压作为电源电压。图6是示出一个实施方式中的电动机驱动电源的其它实施例的图。电动机驱动电源21’构成为将从电池等直流电源3输出的作为直流电压的电源电压变换为作为直流电压的电动机驱动部用电压后输出的DCDC转换器。向电动机驱动部11输入(施加)从电动机驱动电源21’输出的电动机驱动部用电压。电动机驱动电源(DCDC转换器)21’的变换动作通过机器人控制装置70内的电动机驱动电源用控制部22’而被控制。此外，关于除此以外的电路构成要素，与图1～5所示的电路构成要素相同，因此对相同的电路构成要素标注相同标记并省略关于该电路构成要素的详细说明。

根据本公开的一个方式，能够实现一种能够使电力线线缆的配线数量变少且易于进行机器人臂的重组作业的低成本的机器人。

即，根据本公开的一个方式，将电动机驱动部(逆向变换器)、电动机驱动部用控制部以及电动机设置于同一机器人臂，在各机器人臂内设置用于与相邻的机器人臂以菊花链的方式连接的连接部，因此能够削减用于从电动机驱动电源向电动机驱动部供给直流电压的电力线线缆的配线数量。其结果，配线的扭曲、干扰的可能性降低，因此能够实现一种易于进行配线设计、机器人臂的更换且机器人臂的连接具有自由度的机器人。在增设机器人臂时，只要与末端的机器人臂进行菊花链连接即可，而且还易于将已经构筑好的多个机器人臂中的一个或几个更换或取下，因此易于进行设备的扩展、变更。一般来说，在多关节机器人中，多数情况下多个机器人臂连结在同一线上，因此本方式特别有用。

另外，根据本公开的一个方式，电动机驱动电源(正向变换器)和电动机驱动电源用控制部不是设置于机器人臂，而是设置于与该机器人臂独立的机器人控制装置，因此能够使机器人臂轻量化。另外，向各机器人臂内的电动机驱动部供给直流电压的电动机驱动电源可以是一个，因此能够实现机器人的低成本化。

Claims (4)

1.一种机器人，具备：

电动机驱动电源，其将从电源供给的电压变换为电动机驱动部用电压后输出；

电动机驱动部，其将从所述电动机驱动电源输出的所述电动机驱动部用电压变换为电动机驱动电压后输出；

电动机，其利用由所述电动机驱动部输出的所述电动机驱动电压来进行旋转驱动；

机器人臂，其配置有所述电动机驱动部和所述电动机，所述机器人臂具有连接部，该连接部用于将对该机器人臂配置的所述电动机驱动部中的所述电动机驱动部用电压的输入侧以菊花链的方式连接于对与该机器人臂不同的机器人臂配置的所述电动机驱动部中的所述电动机驱动部用电压的输入侧，经由所述连接部而向对各所述机器人臂配置的所述电动机驱动部输入从所述电动机驱动电源输出的所述电动机驱动部用电压；以及

机器人控制装置，其与所述机器人臂独立设置且被配置所述电动机驱动电源，

其中，所述连接部具有：

两个连接器，该两个连接器的各个连接器具有电力端子，该电力端子用于取得与供给所述电动机驱动部用电压的电力线线缆的电连接；以及

进行了星形结线的本地电力线线缆，该进行了星形结线的本地电力线线缆的各一端与所述两个连接器以及所述电动机驱动部中的所述电动机驱动部用电压的输入侧中的某一个电连接。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

还具备外壳，将所述电动机驱动部和通过所述电动机驱动部进行旋转驱动的所述电动机收容于该外壳的内部。

3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

对配置有所述电动机驱动部的所述机器人臂配置电动机驱动部用控制部，该电动机驱动部用控制部用于对该电动机驱动部的变换动作进行控制。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述连接部具有：

两个连接器，该两个连接器的各个连接器包括电力端子和信号端子的组，其中，电力端子用于取得与供给所述电动机驱动部用电压的电力线线缆的电连接，信号端子用于取得与外部的信号线线缆的连接；

进行了星形结线的本地电力线线缆，该进行了星形结线的本地电力线线缆的各一端与所述两个连接器以及所述电动机驱动部中的所述电动机驱动部用电压的输入侧中的某一个电连接；以及

两条本地信号线线缆，该两条本地信号线线缆的每条本地信号线线缆的一端与所述电动机驱动部用控制部连接，另一端与各所述连接器中的一个所述信号端子连接。